Análise de desempenho dinâmico de sistemas de controle de carga-frequência em plantas térmicas com turbina a gás aplicando controle fracionário - Hanaoka, Adauto (2024)
Com a crescente demanda de energia, somado à dificuldade de aquisição de recursos e aproveitamento da matriz hidroelétrica, tem se buscado alternativas energéticas como eólicas, solar e térmicas a gás que tem recebido incentivos no consumo de hidrogênio para aumento da eficiência e diminuição de emissão de carbono. Alinhado com a transição energética, o uso de hidrogênio associado com combustível gasoso como gás natural e associado à facilidade de se instalar unidades termoelétricas a gás próximo às unidades consumidoras, tem sido fatores de incentivo à instalação cada vez mais frequentes destas unidades geradoras. Sob este cenário, cada vez mais se inserem unidades geradoras a gás no sistema elétrico de potência o que tem trazido vários estudos quanto ao comportamento dinâmico e possíveis problemas técnicos frente a distúrbios como perda de unidades geradoras em paralelo ou com perda de carga, o que demanda uma rápida ação do sistema de controle de carga-frequência. Outro fator preponderante é a indisponibilidade das de turbinas a gás sobretudo por manutenção, quer seja elas emergenciais ou programadas. A maneira com o qual a turbina é operada, bem como o sistema de controle empregado e suas sintonias, pode resultar em um desnecessário estrese térmico e consumo de combustível. A busca de um sistema que possa adequar a resposta dinâmica de forma a minimizar estes inconvenientes resulta de forma direta na dilatação dos eventos de parada para manutenções, diminuição de trocas de componentes e economia de combustível. Neste trabalho, analisa-se uma nova técnica de controle de ordem fracionaria em detrimento ao controle clássico que tem por objetivo melhorar o desempenho do controle de velocidade, carga e frequência de uma turbina a gás industrial (heavy-duty) buscando tornar mais eficiente a reposta da turbina frente a variações de carga e geração bem como analisar desempenho quanto ao seu consumo de combustível, Inicialmente apresenta-se a breve teoria dos tipos de turbinas a gás e suas configurações, bem como descrição de funcionamento mecânico de componentes. Em seguida executa-se a descrição do modelo da turbina a gás e de suas malhas de controle, o qual foram descritos em um ambiente computacional MATLAB e Simulink. Os dados e parâmetros foram adquiridos por meio de dados operacionais e inseridos nas funções de transferência do sistema. Efetua-se a sintonia dos compensadores clássicos lead lag e por intermédio da metodologia de Oustaloup, e alocação de polos fracionários com aproximação de Charef efetua-se uma aproximação de uma função de ordem fracionaria para uma de uma ordem inteira. Buscou-se efetuar a comparação de desempenho dos controladores quanto a velocidade de reação e tempo de estabilização bem como o controle pode influenciar no consumo de combustível, aumento de stress térmico relacionado tempo de estabilização dinâmica do sistema.